KR100276033B1 - 철도 선로 부품용 베어링 - Google Patents

Abstract

탄성 소자에 의해 예를 들어, 철로 침목에 지지되는 레일 체결기 또는 주름진 슬라브(10)와 같은 철도 선로 부품용 베어링이 제안되었다. 탄성 소자는 스프링 시스템의 작동 범위(16)내에서 작용하는 힘보다 작은 힘이 스프링 시스템에 부과될때 그 특성 곡선이 급격히 상승하며 작동 범위(16)내에서는 평탄하게 되어 있는 곡선을 갖는 스프링 시스템을 형성한다.

Description

철도 선로 부품용 베어링

도면에 있어서, 제1도는 전체 특성 곡선을 형성하기 위한 개별적인 특성 곡선의 다이어그램이며,

제2도는 스프링 시스템에 의해 고정된 주름진 슬라브의 단면도이며,

제3도는 제2도 우측 부분의 확대도이며,

제4도는 제2도의 평면도이다.

본 발명은 차륜 하중을 갖는 철도 차량이 통과되고 레일을 수용하고 지지대에 직간접적으로 연결되며, 지지측에는 선로 상부 구조물(superstructure)이 제1탄성 소자상에 지지되어 있고 레일측에는 하나 이상의 제2탄성 소자를 갖고 지지대와 관련하여 트랙 상부 구조물을 직간접적으로 예비 압박하는 예비 압박 장치(prestressing device)가 배열되어 있으며, 제1 및 제2스프링 소자가 정상적인 차륜 하중에 의해 부여되는 힘의 범위내인 작동 범위내에서 전체적인 특성 곡선을 갖는 스프링 시스템을 각각 형성하는(제1 및 제2) 특성 곡선을 구비한, 레일 체결판 또는 주름진 슬라브와 같은 철도 선로 부품용 베어링에 관한 것이다.

소음 방지용 레일 기초 구조물은 기판과, 독일공보 30 33 607 C2호에 공지된 레일 지지판 및, 기판과 레일 지지판 사이에 배열되는 소자를 포함한다.

추가의 소음 감쇄 효과(sound-damping effect)를 얻기 위해, 기판에 대항하여 레일 지지판읕 팽팽하게 하는 예비 압박장치가 제1소음 방지 소자로부터 측방향으로 이격된 레일 지지판과 기판 사이에 배열되며, 그 예비 압박 장치는 나사달린 볼트에 의해 고정된 접합물(abutment)을 포함하며 그 접합물과 기판 사이에는 탄성 변형가능한 예비 압박 소자가 배열된다. 합성 고유 진동수는 적합한 레일 기초 구조물에 의해 변경되어 바람직하지 않은 소음의 전달을 방지한다.

소음 장치 소자들로 형성된 전체 시스템은 거의 일정한 경사도를 갖는 스프링 특성 곡선을 갖도록 설계되고 배열된다. 이는 스프링의 변형과 부여되는 힘 사이에 선형 관계가 존재함을 의미한다. 그러나, 전술한 제안 장치는 특히, 대응 레일 기초 구조물이 고속 선로에 사용된 경우, 철도 차량에 의해 발생된 진동을 침목(sleeper)과 자갈(ballast)에 전달되는 것을 방지하지 못하여 침목과 자갈이 파괴되게 된다.

또한, 선로의 모든 상부 구조물은(사용된 소음 장치 소자의 스프링 특성 곡선에 따라) 항상 일정하게 경질 또는 연질로 형성된다. 경질의 재료로 형성된 경우에는 선로의 상부 또는 하부 구조물에 대한 작업이 필요한 때에 특히 불리하다.

본 발명이 해결하고자 하는 점은 서두에 기술한 형태의 베어링을 발전시켜, 탄성에 관한 최적의 조건이 부여된 힘의 함수로서 구해질 수 있게 하는 것이다. 즉, 예를 들어 선로를 라이닝 및 탬핑(lining and tamping)할때 선로 상부 구조물은 경질 유닛으로 형성되나, 철도 차량의 통행중에 탄성을 부여하여 효과적인 탬핑을 허용할 수 있게 한다.

그러한 문제점은 작동 범위에서 작용하는 힘보다 작은 스프링 시스템 내부에 힘이 부과될때 특성 곡선이 가파르게 상승하여 작동 범위 내에서는 편평한 왜곡 형상의 곡선을 갖는 본 발명에 따른 스프링 시스템에 의해 해결된다.

본 발명에 따라 제안된 스프링 시스템은 저하중하에서는 경질이고 선택 범위(작동 범위)내에서는 연질이다. 경질인 경우는 선로의 라이닝 또는 탬핑과 같은 작업이 필요한 때에는 선로 상부 구조물이 경질 유닛이라는 것을 의미한다.

그러나, 특히 고속 철도 차량의 이동시에는 평탄한 형태의 특성 곡선이 육중한 댐핑 진동을 받아 하부 구조물에 바람직하지 않은 진동을 전달한다.

이러한 형태로, 본 발명에 따른 스프링 시스템의 전체 특성 곡선은 O 내지 5OKN 범위의 힘이 부여된 경우 전체 스프링 변환이 특성 곡선의 가파른 부분에서의 스프링 변환과 힘 사이에 선형 관계로 적용되어 0.5mm 이하가 되도록 설계된다.

그후의 5OKN 내지 1OOKN 사이의 범위에 있어서, 특성 곡선은 필요로한 댐핑을 부여하는 평탄 코스이다. 역시 평탄 범위에 있어서도, 힘과 스프링 변환 사이의 선형 관계가 적용된다. 그러므로, 스프링 변환은 5OKN내지 1OOKN사이의 힘의 부과로 인해 변경된 경우에 2.5mm이다.

본 발명에 따른 전체 특성 곡선은 작동 범위, 즉 정상의 차륜 하중이 부과되는 범위에서 낮은 스프링 강도를 나타내므로 강력하게 댐프되나 작용 범위 앞쪽에서는 정적인 경질 시스템이 작용된다.

소위, 왜곡 특성 곡선은 제2스프링 소자가 힘, 특히 작동 범위 내에서의 힘보다도 작은 힘에 의해 모든 측면이 압축되도록 예비 압박 장치가 제2스프링 소자를 수용하고 있다는 사실에 기인한다.

작동 범위 내, 즉 압축 범위 이외에서 제2스프링 소자는 전체 시스템을 역학적으로 연질 특성으로 결정짓는 낮은 스프링 강도를 가진다.

제1스프링 소자 자체는 제2스프링 소자의 탄성 범위에 비해 가파른 특성 곡선을 가진다.

환언하면, 제2, 즉 전체 시스템의 비작동 범위내에서의 상부 스프링은 블록에 밀접한 것 즉, 경질 범위로 간주된다. 그러나, 제2스프링 소자는 제2스프링 소자가 모든 측면을 더이상 압박하지 않도록, 즉 스프링 특성을 발휘할 수 있도록 차륜 하중을 고려하여 완화되므로 전체 시스템이 작동 범위에 있을때 탄성 범위 내로 곧바로 변환된다. 전체 특성 곡선은 도입된 각각의 힘과 각각의 합성된 스프링 변환의 함수로서 각각의 힘을 공제한 것이 된다.

그 결과, 전체 특성은 제1스프링 소자의 특성 곡선보다 작동 범위 내에서 조금 작다.

고무 혼합물, 폴리우레탄 또는 다른 적합한 탄성 중압체 등이 스프링 소자의 재료로서 사용될 수 있다. 다양한 특성 곡선을 얻기 위해, 적합한 설계와 적합한 경도의 재료를 선택해야 한다.

양호안 실시예에 따라, 제2스프링 소자는 선로 상부 구조물로부터 이격되어 예비 압박 장치의 수용기 내부로 연장하는 하나 이상의 돌기로서 설계되며, 수용기의 체적은 돌기의 체적보다 조금 작거나 동일하다.

상기 수단은 예비 압박 장치가 선로 상부 구조물의 지지대 방향으로 밀착될때마다, 제2스프링 소자가 수용기에 의해 완전히 고정됨으로써 모든 측면을 압축하게 된다. 그 결과로서, 제2스프링 소자는 그의 스프링 특성을 상실한다. 따라서, 전체 스프링 곡선이 가파르게 상승하게 된다.

차륜 하중에 의해 예비 응력이 제거될때 소음 전달을 방지하고 차륜 하중이 없을때 선로 상부 구조물에 대향하여 수용기가 부딪힐 수 있게 하기 위해, 본 발명은 선로 상부 구조물의 상면에 평행하고 상부 구조물을 따라 평행하게 연장하는 제3스프링 소자로부터 돌기가 연장하게 하는 것도 제안하고 있다. 그러므로, 제2 및 제3스프링 소자는 제2스프링 소자의 압축 범위에서 종좌표에 평행하게 연장하는 특성 곡선이 조금 경사진 특성 곡선을 갖는 유닛을 형성한다.

특히, 제2스프링 소자는 돌기에 할당된 수용기를 포함하는 커버에 의해 덮힌 여러개의 돌기를 가지며, 상기 커버는 커넥터에 의해 지지대에 연결되고 필요한 예비 압박을 부과할 수 있도록 지지대와 관련하여 밀착될 수 있다.

선로 상부 구조물이 주름진 슬라브와 같은 레일 체결판이라면, 그 상부 구조물은 탄성 중간층의 형태로 제1스프링 소자 내측에 있는 적어도 몇몇 부분으로 연장할 수 있다. 그러한 방법으로, 제1스프링 소자는 레일 체결판에 고정될 수 있다.

제2스프팅 소자의 돌기는 원통형 또는 절두 원추형의 돔 형상으로 설계된다.

본 발명의 추가의 세부 사항, 장점 및 특징들을 단독적으로 또는 조합적으로 기술된 특징과 청구 범위 및 도면에 도시한 양호안 실시예의 다음 설명으로부터 더욱 명확해질 수 있다.

도면에 있어서, 주름진 슬라브(10) 형태의 선로 상부 구조물용 베어링의 특성 곡선이 도시되어 있으며, 주름진 슬라브 상에는 도시 많은 레일이 수직 형태로 부착될 수 있다.

진동을 충붕히 감쇄시키도록, 한편으로 선로 상부 구조물의 정적인 경질 유닛이 보통의 차륜 하중보다 낮은 힘이 부과되는 경우에 사용되고, 다른 한편으로 동적인 연질 유닛이 보통의 차륜 하중이 적응되는 경우에 사용되도록 침목과 같은 지지대와 관련하여 지지할 수 있게 주름진 슬라브를 형성하기 위해, 주름진 슬라브(10)는 다음 형태의 스프링 시스템에 의해 고정되고 지지대와 관련하여 지지됨으로써 제1도 우측아래에 도시한 바와 같은 특성 곡선을 얻을 수 있다.

도면부호 12의 특성 곡선은 부과되는 힘(9)과 관련하여 차륜 하중에 대응하게 편평하게 상승하는 거의 평탄한 부분(16)에 이어져 있는 가파는 상승 부분(14)을 가진다.

거의 선형인 급격한 상승 부분(14)은 30내지 50KN의 힘이 부과될때 적용된다. 작동 범위를 초과할때, 전체 스프링 시스템의 특성 곡선은 관심 밖이며, 따라서 도시하지 않았다.

적절하게 왜곡된 특성 곡선(12)을 얻기 위해, 주름진 슬라브와 도시 않은 침목 같은 지지대 사이에 탄성 중간층(18) 또는 기초 구조물 형태의 제1스프링 소자가 본 발명에 따라 제공된다. 중간층(18)은 주름진 슬라브에 경화되어 종방향 엣지를 따라 적어도 몇몇 부분에서 주름진 슬라브를 덮게 된다.

제1스프링 소자 또는 중간층(18)은 제1도의 우측 상부에 도면 부호 20으로 도시한 특성 곡선을 가진다. 중간층(18) 또는 기초 구조물은 선형 특성 곡선을 가진다. 즉, 부과된 힘과 스프링 변환 사이에는 서로 비례하게 된다.

주름진 슬라브(10) 위에는 두개의 돔형, 즉 절두 원추형 돌기(22, 24)로 구성되는 제2스프링 소자가 제공되어 있다.

제2스프링 소자(22,24)는 점선으로 이어진 편평한 상승 범위(26)에 있는 한, 제1도의 좌측 상부에 도시한 특성 곡선을 가진다.

본 발명에 따라 제2스프링 소자(22, 24)가 제공되며, 주름진 슬라브(10)와 중간층(18)을 에워싸고 있는 시스템은 평탄 부분(26)과 가파른 상승 부분(30)을 포한하는 전체 곡선(28)이 얻어지도록 침목과 관련하여 예비 압박된다. 급격한 상승 부분(30)은 모든 면을 압축하도록 스프링 소자(22, 24)를 예비 압박함으로써 얻어진다. 그 경우에, 스프링 소자(22)는 더이상 적절한 스프링 특성을 갖지 않는 결과로, 이상적인 경우에 종좌표(P)에 평행하게 되는 급격한 경사 부분(30)이 얻어진다.

압축 범위를 얻기 위해, 돔형 돌기(22, 24)는 수용기(32, 34)를 갖는 크램핑 판(36)에 의해 덮여지며, 크램핑 판은 제2도의 우측편에 일부분만 도시되어 있다.

크램핑 판(36)이 지지대와 관련하여 주름진 슬라브(10)의 방향으로 볼트 등과 같은 체결 소자에 의해 조여지면, 스프링 소자는 수용기 또는 공동(32)이 완전히 채워지도록 변형되어 더이상의 압축이 방지된다. 수용기(32, 34)의 체적은 돔형 돌기(22, 24)의 체적보다 조금 작거나 동일해야 한다.

이러한 예비 압박은 제1스프링 소자(18), 즉 기초구조물과, 제2스프링(22, 24), 즉 돌기를 포함하며, 제1도에 따른 특성 곡선을 갖는 스프링 시스템이 되게 한다. 여기서, 예비 압박된 제2스프링 소자(22, 24)의 특성 곡선은 주름진 슬라브에 고정된 레일이 이동되는, 즉 수직의 차륜 하중을 받는 작동 범위의 앞에 전체 특성 곡선의 급격한 상승 부분(14)이 존재하도록 선택된다.

전체 특성 곡선은 다음과 같이 얻어진다.

초기 상태(0)에서, 전체 시스템이 예비 압박된다.

제1 및 제2스프링(18, 22)은 개별 스프링 소자(18, 22, 24)에 대한 제1도에 도시한(종축에 평행하게 그어진 점선) 스프링 변환의 원인이 되는 힘(x)이 작용하게 된다.

힘(y)이 보통의 작동 범위에 있는 차륜 하중에 대응하여 예비 압박된 스프링 소자(22, 24)에 작용하면, 전체 특성 곡선(12)에 대한 대응 수치가 구해진다. 그 결과는 전체 특성 곡선의 범위가 부여된 힘의 범위내에 있게 되며, 그 범위 내부에서는 제2스프링 소자(22, 24)가 여전히 또는 거의 여전히 압축되어 있다. 즉, 특성 곡선(28)의 범위내에 있고 스프링 특성이 발휘되는 탄성 범위내에 있지 않게 된다. 전체 시스템에 작용하는 차륜 하중(9)은 기초 구조물에 작용하는 힘(k)보다 예비 압축에 의한 동일한 양만큼 작다.

제2도 다이어그램의 좌측 부분에 있어서, 돌기(24)는 제거된 상태로 도시되어 있다. 동시에, 수용기(34)는 단면도로 도시되어 있으며, 돌기(24)와 수용기(34)의 체적은 돌기가 더이상 스프링 특성을 갖지 않고 스톱과 동일한 강도를 갖는 결과로서 모든 측면이 압축될 수 있도록 서로 조화될 수 있게 되어 있다.

크램핑 판을 밀착시키기 위해, 기초 구조물(18)과 주름진 슬라브(10)는 기초 구조물(18)과 주름진 슬라브(10)를 갖는 단일 유닛을 형성할 수 있는 부싱(38)에 의해 관통된다.

부싱(38)은 크램핑 판(36) 내측의 슬리브형 보강부(40) 안쪽에 유지된다. 슬리브와 부싱(38)의 칫수는 필요한 특성 곡선(12)을 제공하게 크램핑 판을 밀착하도록 서로 조화된다. 즉, 예비 압박은 전체 스프링 시스템의 효과를 손상시키는 힘의 도입을 허용치 않는다. 전술한 릴리프가 철도 차량의 이동중에 발생할때 크램핑 판(36)을 노킹으로 부더 보호하기 위해, 크램핑 판은 높은 스프링 강도를 갖는 제3스프링 소자로서 설계되는 판(42)상에 지지된다. 제3스프링 소자(42)는 특성 곡선(28)의 부분(30)이 종축에 평행치 않고 종축에 의해 기울어지는 결과를 가진다.

표준 고무 혼합물, 폴리우레탄 또는 탄성 중합체 스프링에 적합한 다른 재료 등이 스프링 소자(18, 22, 24)와, 필요시 스프링 소자(42)용 재료로서 사용될 수 있다. 제1스프링 소자(18)와 제2스프링 소자(22, 24)의 재료가 동일하며, 필요로한 스프링 특성 곡선은 형상이나 재료의 경도에 의해서만 결정된다.

제4도는 도시 않은 침목과 관련하여 판을 지지하고 본 발명에 따른 스프링 시스템을 갖는 주름진 슬리브(10)가 도시되어 있다. 볼트(46, 48)에 의해 침목 지지대에 각각 연결되고 침목과 관련하여 밀착될 수 있는 크램핑 판(36, 44)은 각 엣지 구역에 위치한다. 또안, 돌기(22, 24, 50, 52)는 점선으로서 도시되어 있으며, 압축 구역에 있도록, 즉 정지해 있도록 크램핑 판(36)에 의해 작동 범위 밖으로 예비 압박되어 있다.

Claims (11)

1. 차륜의 하중을 갖는 철도 차량(rolling stock)이 통과하고 레일 구간을 수용하며 지지대에 직간접적으로 연결되고, 지지측에는 선로 상부 구조물이 제1탄성 소자(18)상에 지지되어 있고 레일측에는 하나 이상의 제2탄성 소자(22, 24, 50, 52)를 갖고 지지대와 관련하여 트랙 상부 구조물을 직간접적으로 예비 압박하는 예비 압박 장치(36, 44, 46, 48)가 배열되어 있으며, 제1 및 제2스프링 소자가 정상적인 차륜 하중에 의해 부여되는 힘의 범위내인 작동 범위(16)내에서 전체적인 특성 곡선을 갖는 스프링 시스템을 각각 형성하는(제1 및, 제2) 특성 곡선(20, 28)을 구비한, 레일 체결판 또는 주름진 슬라브와 같은 철도 선로 부품용 베어링에 있어서, 스프링 시스템의 전체 특성 곡선(21)은 작동 범위(16)내에서 작용하는 힘보다 작은 힘이 스프링 시스템에 부과될때, 그 특성 곡선이 급격히 상승하여 작동 범위(16) 내에서는 평탄하게 되어 있는 비틀린 곡선을 갖는 철도 선로 부품용 베어링.
2. 제1항에 있어서, 예비 압박 장치(36, 44)는 스프링 특성을 억제하기 위해 스프링 시스템에 부과된, 작동 범위 내의 힘보다 작은 힘에 의해 스프링이 모든 측면을 압축하는 형태로 제2스프링 소자(22, 24)를 수용하는 철도 선로 부품용 베어링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2스프링 소자(22, 24)는 압축 범위(30) 밖에서 제1스프링 소자(18) 보다 낮은 강도를 갖는 철도 선로 부품용 베어링.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2스프링 소자(22, 24)는 선로의 상부 구조물(10)로부터 이격되어 예비압박장치(36)의 수용기(32, 34) 내측으로 연장하는 하나 이상의 돌기로 설계되어 있으며, 수용기의 체적은 돌기의 체적보다 조금 작거나 동일한 철도 선로 부품용 베어링.
5. 제4항에 있어서, 돌기는 원통형 또는 절두 원추형 형상인 철도 선로 부품용 베어링.
6. 제4항에 있어서, 돌기(22, 24)는 평면의 제3스프링 소자(42)로부터 선로 상부 구조물(10)의 상면에 평행하게 연장하는 철도 선로 부품용 베어링.
7. 제4항에 있어서, 제2스프링 소자(42)는 돌기에 할당된 수용기(32, 34)를 갖는 판지 같은 커버(36)에 의해 덮힌 여러개의 돌기를 가지며, 그 다음에 상기 커버는 커넥터(46, 48)에 의해서 지지대에 연결된 철도 선로 부품용 베어링.
8. 제7항에 있어서, 커버(36)는 제3스프링 소자(42)상에 지지되는 철도 선로 부품용 베어링.
9. 제1항에 있어서, 선로 상부 구조물은 레일 체결판 또는 주름진 슬라브인 철도 선로 부품용 베어링.
10. 제1항에 있어서, 레일 체결판은 탄성 기초 구조물 형태의 제1스프링 소자(18) 내측의 몇몇 부분으로 연장하는 철도 선로 부품용 베어링.
11. 제10항에 있어서, 기초 구조물(18)은 레일 체결판(10)상에서 경화되는 철도 선로 부품용 베어링.